发布时间 : 星期三 文章基于西门子PLC与WINCC的城市排水监控系统设计 - 图文更新完毕开始阅读
天津职业技术师范大学2014届本科生毕业论文
目 录
1 绪论 ............................................................................................................................... 1
1.1 前言 .....................................................................................................................................1 1.2 国内排水系统的状况 ......................................................................................... 1 1.3 城市排水系统设计目的 .................................................................................................2 2 城市排水控制系统控制器的选择 ..........................................................................................3
2.1 控制器方案选择 ...............................................................................................................3 2.2 控制器选择比较 ...............................................................................................................3 3 城市排水泵站监控系统控制要求 ..........................................................................................6
3.1 城市排水监控系统构成 .................................................................................................6 3.2 城市排水泵站监控系统控制要求 ...............................................................................7 3.3 城市排水泵站监控系统流程图 ...................................................................................8 4城市排水泵站监控系统的硬件配置 .......................................................................... 13
4.1 PLC简介及选型 ............................................................................................................. 13 4.2 排水泵 .............................................................................................................................. 14 4.3 交流接触器与中间继电器 ......................................................................................... 15 4.4 液位计选择 ..................................................................................................................... 16 4.5 变频器选型设定 ............................................................................................................ 16 5城市排水监控系统的电气设计 ............................................................................................. 18
5.1控制系统器件清单表 .................................................................................................... 18 5.2 控制系统PLC的I/0地址分配表 ............................................................................ 18 5.3 PLC原理接线图 ............................................................................................................. 20 5.4 控制系统电气接线图 .................................................................................................. 22 6城市排水泵站监控系统编程设计 ........................................................................................ 26
6.1 Step7编程软件 ............................................................................................................. 26 6.2 PLC程序编译 ................................................................................................................. 27 7城市排水泵站监控系统仿真运行 ........................................................................................ 31
7.1 step7程序仿真和组态软件Wincc7.0仿真 ........................................................ 31 7.2 WINCC监控画面仿真运行........................................................................................... 32 结论 .................................................................................................................................................. 35 参考文献 ......................................................................................................................................... 36 致谢 .................................................................................................................................................. 37 附录A 功能程序 .......................................................................................................................... 38 附录B WINCC仿真运行 ............................................................................................................ 45
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天津职业技术师范大学2014届本科生毕业论文
1 绪论
1.1 前言
城市排水设施是一个不可缺少的公共设施，它主要负责了城市里污水的处理及其排
放。这些污水包括雨水、工业污水和生活污水。一般来说，排水管道及污水处理厂是城市排水系统的重要组成部分，其中污水处理厂主要负责工业污水的加工，经过处理后排入江海或者回收二次利用；雨水通过排水管道直接排入江海；生活污水是通过排水管道，把其中的垃圾过滤后再排入江海。该系统的主要目的就是能够使城市的排水通畅，不发生堵塞以及满水等情况，有效的保护好环境。由此可见，排水系统是城市不可或缺的设施，那么怎样才能完成一个合格的城市排水系统成了一个难题。在城市的市政建设与环境保护方面，排水系统占有很大的比重，为了能够设计出比较优秀的城市排水系统，我国还发布了《城市排水许可管理办法》。
1.2 国内排水系统的状况
这些年来，我国许多城市都发生过内涝，我国大部分城市发展过程中都要面临内涝这个严峻的问题。04年7月10日，北京市持续下了四个小时的大雨，导致市内40多条道路漫出积水。05、07以及10年，广州市均发生了强烈降雨，市内大面积被水淹没，严重影响了交通。最严重的要属靠近长江的城市了，基本上只要发生暴雨，就一定会出现内涝了。近些年来，内涝也导致了不少市民的伤亡。随着内涝的不断发生，各地政府都注意到排水系统的重要性，内涝发生后，南昌市、广州市、武汉市都投入大量的资金用来建设城市的排水设施，但是效果不是很明显，内涝还是时有发生。投入了大量的人力物力，那到底要怎么才能从根本上解决这个问题呢？
城市最初发展规划的时候，没有重视排水设施，导致我国许多城市几乎年年都会发生内涝。然而青岛的老城区还是用的原来的排水系统，这套系统是德国人在100多年前设计并建好的，该系统一直完美的用到现在，从来没发生过洪涝，发达国家的许多城市排水的能力也是比我国强上很多，看来我国的城市排水技术还是远远不够的，也是很有必要借鉴下别的国家的经验和技术。
现在的城市都是往大了发展，专家指出，这样的发展模式其实是很不科学的，我国的人口本来就比较多，城市太大带来的不仅仅是排水上面的问题，就连交通也像排水一样，经常堵塞，其实完全可以换个思路去发展，发展成多个小中型的城市，从而缓解压力。
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1.3 城市排水系统设计目的
随着城市发展越来越快，越来越大，城市地下的排水设施错综复杂，面对这些复杂的系统，以往的传统的管理方法已经很难去实时监控到排水的情况的。目前来看，很有必要利用现代化的技术，建立一个自动化的城市排水监控系统。
对城市排水系统有着影响的因素还是很多的，比如每个城市地势高低的不同、下水管道的多少、下水管道是否足够大以及当地的降雨量如何。城市里的居民和工厂也迅速加多，导致了城市大量的用水和排水量，所以很有必要组建一个自动化的排水泵站，实时监测着城市集水的水位，能够及时的把水排出，避免洪涝。
自动化的城市排水泵站计算机监控系统能够实时的监控排水情况，能够快速的发现故障，统计城市的降雨量，发现隐患并报警。本设计是通关PLC、泵、变频器、传感器等构成一个自动控制系统，对城市汇集的水进行恒水位控制，模拟雨水、工业污水和生活污水的流向，以及模拟管道堵塞，集水池的切换，来确保排水系统的稳定，提高排水效率。设计这样的系统不仅仅有上面说的好处，还可以省下大量的人力物力。
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2 城市排水控制系统控制器的选择
2.1 控制器方案选择
根据城市排水泵站监控系统的设计，从多方面资料以及经验上看，我们可以选择很多种控制器，典型的有最初的继电器控制，后来的单片机控制和PLC控制。针对这典型的三个控制器，我们进行各方面比较，每种控制器都有各自的优点，但是根据本设计，还是选择了以PLC为控制器的城市排水泵站监控系统，对为什么选择PLC为控制器，我们做了一些比较。
2.2 控制器选择比较
下面我们就城市排水泵站监控系统的控制功能、性价比及性能等方面，我们进行了三者的优缺点的比较。
（1）继电器与PLC的对比
在自动化产业，可编程的逻辑控制器（PLC）给工控行业带来了天翻地覆的变革，目前它成为了绝大多数自动化控制系统的基础设备。跟使用继电器做控制器的工业控制系统相比，使用PLC做控制器的控制系统有着太多的优点，这些有点体现在操作性能、控制、工作效率以及精度等多个方面。尽管传统继电器目前还不会完全被取代，但是PLC的众多优点已经影响到了设计者们的思路了。
跟以往的产品相比，继电器控制更加的可靠，如今家庭和工业等许多地方都用到了继电器控制。但是，继电器控制还是有不少问题的。比如继电器长期的工作会导致本身大量的磨损，寿命不长。继电器的触点之间也会产生电弧，严重的话会执行误操作，非常危险。一个继电器控制系统一般会用到很多的继电器，导致他的控制柜会非常大，重而且占地方。继电器过多的吸合也会造成热能和噪音，比较耗电。由于继电器控制系统大量的接线，那么修改和维修系统的话会有很大的麻烦。
PLC被大量的用在顺序控制的系统上。顺序控制就是按照系统的设计流程，在信号的控制下，在生产过程中每个执行机构有序的工作。它的优点有很多，编程方法灵活变通、速度快、安全可靠、方便检修、性价比高等等。在本系统中，主要是通过操作按钮及各类传感器信号传给PLC控制器，PLC再发出指令控制各执行机构的动作，来实现自动化控制。这些在水位的监控、管道上电磁阀的开启或关闭以及各个泵的启动上都有应用到。
依据以上的比较，因为继电器控制系统有很多的弊端，继电器系统一般用在对反应速度和精度要求都不是很高的系统中，而本设计对控制的准确度要求非常高，对现场的阀门水泵的实时性比较高，PLC能够快速给出判断，及时处理突发事件，而继电器难以
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